伍漢強(qiáng)，鄭仕強(qiáng)，伍家志

廣寧縣中醫(yī)醫(yī)院骨傷科，廣東 肇慶 526600

脊柱骨折在全身骨折較為常見，也是骨科診室中常見的創(chuàng)傷類型，其中最為多見的則是胸腰段部位的骨折，可導(dǎo)致患者出現(xiàn)脊柱疼痛、畸形等，從而影響到正常的生活能力[1-2]。手術(shù)是促進(jìn)骨折復(fù)位的重要手段，較為常用的屬椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)，但脊柱骨折的解剖關(guān)系較為復(fù)雜，常規(guī)的手術(shù)過(guò)程中容易出現(xiàn)置釘位置偏差，降低了應(yīng)有的手術(shù)療效。虛擬仿真技術(shù)主要是以計(jì)算機(jī)軟硬件為基礎(chǔ)、并配合傳感器等輔助手段的一種高度仿真技術(shù)，可有效到對(duì)物體進(jìn)行圖像重現(xiàn)，目前在較多外科手術(shù)、病灶定位方面也得到了開展應(yīng)用[3]。3D打印技術(shù)則主要是通過(guò)影像學(xué)技術(shù)，并經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)打印出具有個(gè)體化、精確性的醫(yī)療器械，也是目前外科手術(shù)室中一種重要的輔助技術(shù)[4]。近年來(lái)，有研究將虛擬仿真和3D打印技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于脛骨平臺(tái)骨折的治療，發(fā)現(xiàn)其可明顯提高鋼板一次性放置率，且有助于促進(jìn)患者功能恢復(fù)[5]。本文主要探討虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)在脊柱骨折手術(shù)中的應(yīng)用效果，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料選擇2018年1月至2020年12月廣寧縣中醫(yī)醫(yī)院骨傷科收治的80例脊柱骨折患者為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)有外傷史，經(jīng)過(guò)X線、CT等影像學(xué)檢查確診為脊柱骨折[6]；(2)新鮮骨折，單純閉合性損傷；(3)具有椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)適應(yīng)證；(4)無(wú)脊髓、神經(jīng)損傷。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)伴有嚴(yán)重骨質(zhì)疏松、先天性椎弓發(fā)育不良、強(qiáng)直性脊柱炎、脊柱結(jié)核等；(2)同時(shí)伴有其余部位骨折者；(3)術(shù)前檢查有凝血功能障礙、重要器官組織功能異常、惡性腫瘤等，無(wú)法耐受手術(shù)治療者；(4)精神異常，無(wú)法配合研究者。按照隨機(jī)數(shù)表法將患者分為觀察組和對(duì)照組，每組40例。兩組患者的基線資料比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，具有可比性，見表1。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者知情并簽署同意書。

表1 兩組患者的基線資料比較[±s，例(%)]

表1 兩組患者的基線資料比較[±s，例(%)]

組別觀察組對(duì)照組χ2/t值P值例數(shù)40 40男21(52.50)24(60.00)女19(47.50)16(40.00)0.457 0.499年齡(歲)41.67±8.15 42.05±7.58 0.216 0.830受傷到手術(shù)時(shí)間(d)3.03±0.54 2.97±0.61 0.466 0.643胸腰段24(60.00)25(62.50)腰段12(30.00)10(25.00)其他4(10.00)5(12.50)車禍17(42.50)18(45.00)高處墜落13(32.50)10(25.00)重物砸傷6(15.00)7(17.50)其他4(10.00)5(12.50)性別 骨折部位 致傷原因0.313 0.855 0.608 0.895

1.2 治療方法

1.2.1 對(duì)照組該組患者使用常規(guī)置釘方法。術(shù)前結(jié)合患者的臨床病史、CT等影像學(xué)資料制定合適的手術(shù)方案，從二維角度建立對(duì)手術(shù)部位的印象?；颊呓邮茏倒葆攦?nèi)固定術(shù)治療，取俯臥位，根據(jù)脊柱的弧度對(duì)俯臥位角度予以調(diào)節(jié)，將腹部懸空，全麻下開展手術(shù)，手術(shù)切口選擇脊柱傷椎椎體中心的后正中部位，將皮下肌肉逐層分離，直至到達(dá)技術(shù)椎體，并仔細(xì)分離椎旁組織、神經(jīng)血管部位。根據(jù)術(shù)前的手術(shù)方案，在上下關(guān)節(jié)突之間殘留的關(guān)節(jié)間隙，胸椎損傷則使用Roy-Gamille法進(jìn)行置釘，腰椎損傷則采用人字嵴頂點(diǎn)法進(jìn)行置釘。在傷錐上下部位固定1～2個(gè)椎體，并在C型臂X線的透視下確保椎弓根螺釘位置固定滿意后安裝釘尾，傷椎椎體撐開后連接螺帽。再次在C型臂X線的透視下確保復(fù)位滿意，仔細(xì)沖洗切口，常規(guī)放置引流管，逐層將切口縫合。術(shù)后常規(guī)使用抗生素預(yù)防感染，引流管留置時(shí)間24～48 h，根據(jù)患者恢復(fù)情況，術(shù)后1個(gè)月左右開始進(jìn)行下地康復(fù)訓(xùn)練。

1.2.2 觀察組該組患者給予虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)。術(shù)前接受高分辨率的CT和X線掃描檢查，重建骨窗、軟組織窗，將掃描的數(shù)據(jù)結(jié)果導(dǎo)入到醫(yī)學(xué)軟件Mimics17.0中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)術(shù)中需求，采用Multiple Slice Edit模擬出所需要的像素集合，包括最佳的內(nèi)固定部位、螺釘置入的方向、位置、長(zhǎng)度等，最終以STL的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。采用Maker Bot Desk top軟件，導(dǎo)入之前的SLT文件，并建立三維模型，對(duì)模型的空間位置進(jìn)行合理調(diào)整，并根據(jù)不同的模擬效果確定最合理的螺釘置入方法，設(shè)置層厚為0.1 mm，溫度設(shè)置為230℃，添加支撐平臺(tái)，最終生成X3g文件儲(chǔ)存于SD卡中。將文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中，使用聚乳酸材料、熔融沉積制造技術(shù)制備成3D胸腰椎模型。患者接受椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)治療，取俯臥位，根據(jù)脊柱的弧度對(duì)俯臥位角度予以調(diào)節(jié)，將腹部懸空，全麻下開展手術(shù)。手術(shù)切口選擇脊柱傷椎椎體中心的后正中部位，將皮下肌肉逐層分離，直至到達(dá)技術(shù)椎體，并仔細(xì)分離椎旁組織、神經(jīng)血管部位。根據(jù)術(shù)前虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)的最優(yōu)手術(shù)方案置入椎弓根螺釘，在C型臂X線的透視下，確保椎弓根螺釘位置固定滿意后安裝釘尾，傷椎椎體撐開后，連接螺帽。再次在C型臂X線的透視下確保復(fù)位滿意，仔細(xì)沖洗切口，常規(guī)放置引流管，逐層將切口縫合。術(shù)后常規(guī)使用抗生素預(yù)防感染，引流管留置時(shí)間為24～48 h，根據(jù)患者恢復(fù)情況，術(shù)后1個(gè)月左右開始進(jìn)行下地康復(fù)訓(xùn)練。

1.3 觀察指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法(1)圍術(shù)期情況：記錄并比較兩組患者的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)、置釘準(zhǔn)確率；(2)手術(shù)前后的日本骨科協(xié)會(huì)評(píng)估治療(JOA)[7]評(píng)分：記錄兩組患者術(shù)前、術(shù)后1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月時(shí)的JOA評(píng)分變化，主要評(píng)估內(nèi)容包括主觀癥狀、臨床體征、日常活動(dòng)受限程度和膀胱功能，最高分值29分，分值越低則代表患者的功能障礙程度越嚴(yán)重；(3)手術(shù)前后的傷椎復(fù)位情況：術(shù)前、術(shù)后6個(gè)月時(shí)兩組患者均接受X線、CT等檢查，記錄傷椎前后緣高度比、矢狀位后凸Cobb角的變化；(4)并發(fā)癥：記錄兩組患者術(shù)后感染、內(nèi)固定物松動(dòng)、神經(jīng)損傷、腦脊液漏等并發(fā)癥的發(fā)生情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用SPSS18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料符合正態(tài)分布，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間均數(shù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者的圍術(shù)期情況比較觀察組患者的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)明顯短于/少于對(duì)照組，置釘準(zhǔn)確率明顯高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見表2。觀察組患者手術(shù)前后影像學(xué)圖片見圖1。

表2 兩組患者的圍術(shù)期情況比較[±s，例(%)]

表2 兩組患者的圍術(shù)期情況比較[±s，例(%)]

組別觀察組對(duì)照組t/χ2值P值例數(shù)40 40手術(shù)時(shí)間(min)93.11±8.52 120.63±15.71 9.739 0.001術(shù)中出血量(mL)98.16±7.51 134.25±13.26 14.978 0.001術(shù)中透視次數(shù)(次)12.01±2.37 14.98±2.04 6.007 0.001一次性置釘準(zhǔn)確率36(90.00)28(70.00)5.000 0.025

圖1 患者，女性，43歲，后入路切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)前后圖

2.2 兩組患者手術(shù)前后的JOA評(píng)分比較兩組患者術(shù)后1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月時(shí)JOA評(píng)分明顯高于術(shù)前，且觀察組患者術(shù)后1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月時(shí)JOA評(píng)分明顯高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見表3。

表3 兩組患者手術(shù)前后的JOA評(píng)分比較(±s，分)

表3 兩組患者手術(shù)前后的JOA評(píng)分比較(±s，分)

注：與本組術(shù)前比較，aP＜0.05。

組別例數(shù)術(shù)前術(shù)后1個(gè)月術(shù)后3個(gè)月術(shù)后6個(gè)月觀察組對(duì)照組t值P值40 40 13.16±2.31 13.09±2.56 0.128 0.898 19.56±2.88a 17.15±2.17a 4.227 0.001 23.11±2.32a 20.08±2.15a 6.059 0.001 25.81±2.47a 22.36±2.04a 6.811 0.001

2.3 兩組患者手術(shù)前后的傷椎復(fù)位情況比較術(shù)后6個(gè)月時(shí)，兩組患者傷椎前后緣高度比均高于術(shù)前，矢狀位后凸Cobb角均低于術(shù)前，且觀察組患者傷椎前后緣高度明顯高于對(duì)照組，矢狀位后凸Cobb角明顯低于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見表4。

表4 兩組患者手術(shù)前后的傷椎復(fù)位情況比較(±s)

表4 兩組患者手術(shù)前后的傷椎復(fù)位情況比較(±s)

注：與本組術(shù)前比較，aP＜0.05。

組別觀察組對(duì)照組t值P值例數(shù)40 40術(shù)前52.07±5.83 51.93±6.15 0.104 0.917術(shù)后6個(gè)月89.55±6.11a 80.32±7.86a 5.864 0.001術(shù)前23.75±3.20 23.61±3.53 0.186 0.853術(shù)后6個(gè)月9.16±1.33a 11.85±1.52a 8.423 0.001傷椎前后緣高度比(%) 矢狀位后凸Cobb角(°)

2.4 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥比較觀察組患者術(shù)后并發(fā)癥總發(fā)生率為2.50%，明顯低于對(duì)照組的15.00%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=3.914，P=0.048＜0.05)，見表5。

表5 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥比較(例)

3 討論

脊柱骨折是臨床上常見的脊柱骨折類型，可給患者日常生活帶來(lái)嚴(yán)重影響，有效的手術(shù)治療在促進(jìn)患者腰椎功能恢復(fù)中占據(jù)著重要地位[8-9]。椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)是脊柱骨折患者常用的術(shù)式之一，可有效糾正胸腰椎的畸形，恢復(fù)傷椎穩(wěn)定性，并最大程度保留運(yùn)動(dòng)節(jié)段，促進(jìn)患者脊柱功能恢復(fù)[10]。而該術(shù)式成功的關(guān)鍵點(diǎn)在于置釘?shù)奈恢?、方向需?zhǔn)確，若不能將螺釘置于正確的部位，可能會(huì)造成螺釘擊穿椎體，致臟器損傷，增加一系列并發(fā)癥的發(fā)生率，從而影響預(yù)后。

CT導(dǎo)航有助于幫助術(shù)者準(zhǔn)確置釘，但價(jià)格較貴，基層醫(yī)院普及困難，且有輻射風(fēng)險(xiǎn)，容易影響到患者的身體健康。而常規(guī)的影像學(xué)技術(shù)所提供的多是靜態(tài)、平面的圖像，術(shù)前進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)需要憑借醫(yī)師的自身經(jīng)驗(yàn)及想象力，要求較高，且術(shù)中需不停地對(duì)比影像學(xué)資料，也會(huì)增加手術(shù)時(shí)間。虛擬仿真、3D打印技術(shù)的共同載體均是計(jì)算機(jī)，其中虛擬仿真主要是利用計(jì)算機(jī)生成具有立體性的三維圖像，3D打印技術(shù)則是以三維模型為基礎(chǔ)，制造出各種類型的生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品，以便用于臨床研究[11-12]。有研究將虛擬仿真、3D打印技術(shù)用于復(fù)雜Pilon骨折患者的治療中，結(jié)果顯示，常規(guī)手術(shù)相比，3D打印結(jié)合虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)患者的損傷更少，且可獲得更好的骨折復(fù)位[13]。另有實(shí)驗(yàn)也指出，虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)可明顯提高髖臼骨折的復(fù)位情況[14]。任鵬飛等[15]實(shí)驗(yàn)將該其應(yīng)用脊柱厚凸畸形的矯形手術(shù)中，也指出其可對(duì)手術(shù)過(guò)程進(jìn)行最優(yōu)化的模擬，縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)中出血量，提高手術(shù)效果。國(guó)外ZAMBORSKY等[16]報(bào)道中也認(rèn)為，該技術(shù)在骨科領(lǐng)域中有著光明的應(yīng)用前景，適用于骨畸形、軟骨及軟組織重建、骨折等患者中。

本研究結(jié)果顯示，采用虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)結(jié)合置釘?shù)幕颊呤中g(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)均明顯更短或更少，術(shù)中置釘準(zhǔn)確率高達(dá)90.00%，且術(shù)后的并發(fā)癥發(fā)生率也更低，總體效果優(yōu)于常規(guī)置釘?shù)幕颊?。通過(guò)分析是由于：(1)虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)可為患者制定個(gè)性化的手術(shù)方案，通過(guò)精確的圖像有助于明確螺釘置入的最佳位置，提高置釘準(zhǔn)確率。劉正蓬等[17]報(bào)道將該方式應(yīng)用于胸腰段脊柱骨折患者術(shù)中，也顯示出該方式可提高置釘準(zhǔn)確率，和本研究具有相似性。(2)虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)術(shù)中不需要多次進(jìn)行圖像對(duì)比，術(shù)者的可操作性更高，積極減少X透視次數(shù)、手術(shù)時(shí)間術(shù)中出血量等。(3)虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)術(shù)前的設(shè)計(jì)更具有個(gè)體性、精確性，可避免術(shù)中過(guò)度分離組織，有助于減少對(duì)神經(jīng)、組織臟器等造成的不必要損傷，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率。

本研究結(jié)果也顯示，采用虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)置釘?shù)幕颊咝g(shù)后JOA評(píng)分、傷椎前后緣高度比、矢狀位后凸Cobb角的改善程度均更為顯著。主要原因是由于，虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)可將手術(shù)效果最優(yōu)化，所打印出來(lái)的模型可清晰地了解不同患者的傷錐形態(tài)，并為患者提供準(zhǔn)確的置釘方案，在提高手術(shù)安全性的同時(shí)，也有助于術(shù)后傷椎功能的早期恢復(fù)。但國(guó)外有項(xiàng)研究顯示，臨床上的3D打印材料多以聚乳酸為主，所打印出的骨骼模型在置入螺釘過(guò)程中容易出現(xiàn)破裂等情況，從而導(dǎo)致手術(shù)失敗[18]。但本研究過(guò)程中無(wú)此類現(xiàn)象情況發(fā)展，考慮是和醫(yī)師技術(shù)水平相關(guān)。但是本研究也存在不足，例如隨訪時(shí)間過(guò)短，未能持續(xù)觀察患者更遠(yuǎn)期的功能恢復(fù)情況及并發(fā)癥發(fā)生率，且樣本來(lái)源單一、量少，今后也將開展更高質(zhì)量的研究來(lái)驗(yàn)證本結(jié)論。

綜上所述，虛擬仿真結(jié)合3D打印技術(shù)在脊柱骨折手術(shù)的應(yīng)用效果優(yōu)于常規(guī)置釘方法，可明顯提高手術(shù)效果，促進(jìn)患者術(shù)后功能恢復(fù)，且可減少并發(fā)癥發(fā)生率，安全性可靠，值得臨床推廣。